农业机械学第九章--脱粒机械.ppt

第九章脱粒机械 第一节脱粒机的种类和构造第二节脱粒装置第三节分离装置 第一节脱粒机的种类和构造 一 按脱粒程度分类 简易式脱粒机 半复式脱粒机 复式脱粒机 二 按谷物喂入的方式分类 全喂入脱粒机 半喂入脱粒机 简易式脱粒机 只有脱粒装置 不能分离和清粮 处理结果为混合物 尚需后续加工处理 脱粒滚筒 籽粒混合物 半复式脱粒机 有脱粒 分离和清粮功能 能获得比较干净的籽粒 但脱粒不太彻底 仍有少量的混合物 复式脱粒机 除了有脱粒 分离 清粮功能外 还设有复脱 复清和分级装置 能获得不同级别的干净籽粒 全喂入式脱粒机 一 普通滚筒式脱粒机 二 轴流滚筒式脱粒机半喂入式脱粒机玉米脱粒机 脱粒机一般包括以下主要部分 脱粒装置 分离装置 清粮装置 传动装置和机架等 其中 脱粒装置 分离装置 清粮装置是脱粒机械的三大组成部分 也是本章的主要讲述内容 脱粒机的一般组成 脱粒机械的一般结构组成及工作原理 茎秆 谷物 第二节脱粒装置 一 脱粒装置的技术要求和工作原理二 纹杆滚筒式脱粒装置三 钉齿滚筒式脱粒装置四 双滚筒脱粒装置五 轴流滚筒脱粒装置六 半喂入式脱粒装置七 脱粒滚筒功率耗用和运转稳定性八 滚筒的平衡 一脱粒装置的技术要求和工作原理 对脱粒装置的技术要求主要是 脱得干净 谷粒破碎 暗伤尽可能少 分离性能好 这一点是联合收获机向大生产率方向发展所特别提出的要求 通用性好 能适应多种作物及多种条件 功率耗用低 在某些情况下要求保持茎稿完整或尽可能减少破碎 脱粒机械的工作原理被割谷物经脱粒机械的喂入口进入由脱粒滚筒和凹版组成的脱粒间隙进行打击和搓擦后 短脱出物通过栅格状凹版进入由清选筛和风机组成的清粮装置进行清选 长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离 长茎秆被排出机外 而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选 在风机和清选筛的联合作用下 颖壳等细小轻杂物被吹出机外 干净的籽粒经由籽粒收集装置进入集粮装置 谷物的脱粒特性与脱粒原理 1 谷物的脱粒特性 谷物的脱粒特性 主要是指谷物的脱粒难易程度 这种难易程度主要取决于谷粒与谷穗之间的连接强度 而他们之间的连接强度与作物的品种 成熟度和湿度有直接的关系 随着这些因素的改变 破坏谷粒与谷穗之间的连接所需要的能量也是不相同的 脱粒的难易程度通常用脱下一颗籽粒所需要的功来表示 常用的方法有 牵拉法 冲击法等 试验结果表明 小麦的脱粒功A 30g cm 小麦的脱粒功小于水稻的脱粒功 2 谷物的脱粒原理 冲击脱粒 靠脱粒元件与谷物穗头的相互冲击作用而进行脱粒 冲击速度越高 脱粒能力越强 但破碎率也越大 搓擦脱粒 靠脱粒元件与谷物之间 以及谷物与谷物之间的相互摩擦而使谷物脱粒 脱粒装置的脱粒间隙的大小至关重要 梳刷脱粒 靠脱粒元件对谷物施加拉力而进行的脱粒 碾压脱粒 靠脱粒元件对谷物施加挤压力而进行的脱粒 此时作用在谷物上的力主要是沿谷粒表面的法向力 振动脱粒 靠脱粒元件对谷物施加高频振动而进行的脱粒 上述几种脱粒方式是在长期的生产实践过程中总结而来的 不同的作物种类和作物品种 不同的贮存方式和后加工方式 其脱粒方法也不同 也就是说 选择何种脱粒方法完全取决于作物的特性 例如 小麦与水稻的脱粒特性就有较大的差异 脱粒机的工艺流程 谷物 脱粒装置 短脱出物 长脱出物 分离机构 清粮装置 茎秆 杂余 机外 籽粒 机外 短脱出物 70 籽粒 二 切流纹杆滚筒式脱粒装置 1 组成 纹杆滚筒 栅格状凹版 间隙调节装置等 2 特点 以搓擦脱粒为主 冲击为辅 脱粒能力和分离能力强 断稿率小 有利于后续加工处理 对多种作物有较强的适应能力 特别适用于小麦收获 多用于联合收获机上 但当喂入不均匀 谷物湿度大时 脱粒质量明显下降 3 主要结构参数 纹杆数量 m 6 8滚筒转速 n 750 1400r min凹版包角 100 1200脱粒间隙 入口16 22 出口4 6 三 切流钉齿滚筒式脱粒装置 1 组成 钉齿滚筒和钉齿凹板 2 特点 利用钉齿对谷物的强烈冲击以及在脱粒间隙内的搓擦而进行脱粒 抓取能力强 对不均匀喂入和潮湿作物有较强的适应性 但由于断秆率较高 分离效果较差 对分离装置和清粮装置的工作造成一定的困难 1 钉齿滚筒 钉齿按螺旋线分布成排地固定在齿杆上 脱粒机上常用的钉齿有板刀齿 楔齿和弓齿 板刀齿薄而长 抓取和梳刷脱粒作用强 对喂入不均匀的厚层作物适应性好 打击脱粒的能力也比楔齿强 由于其梳刷作用强 齿侧间隙又大 使脱壳率降低 这是板刀齿脱水稻的一个优点 二 钉齿的排列 滚筒长度和直径 滚筒生产率取决于钉齿的多少 但是钉齿的排列对脱粒性能有很大的影响 如果钉齿数量一定 而一个钉齿的运动轨迹内只有一个钉齿通过 则不仅生产率很低 而滚筒必须很长 因此 设计时总是让若干个钉齿在同齿迹内回转 为了工作均匀 这些齿在同一齿迹内应是均匀分布的 这就形成了按多头螺旋线来排列钉齿 图9 22钉齿排列 三 凹板 钉齿滚筒的凹板有组合式和整体式两种 组合式凹板由钉齿凹板 栅格凹板 侧弧板等组成 整体式凹板的钉齿直接固定在格板上 图9 23钉齿凹板a 整体式b 组合式1 齿板2 栅格板3 侧弧板4 钉齿凹板5 栅格凹板6 后栅格凹板7 尾栅条 四 双滚筒脱粒装置 图9 26双滚筒脱粒装置a 双滚筒b 带中间轮的双滚筒 喂入输送装置2 钉齿滚筒和凹板3 纹杆滚筒和凹板4 逐稿轮5 顶盖6 逐稿器7 中间轮8 喂入轮 一 特点 双滚筒脱粒装置采用两个滚筒串联工作 第一个滚筒的转速较低 可以把成熟的好 饱满的籽粒先脱下来 并尽量在第一滚筒的凹板上分离出来 同时可使喂入的谷物层均匀和拉薄 第二个滚筒的转速较高 间隙较小 可使前一滚筒未脱净的谷粒完全脱粒 二 结构形式与配置 双滚筒脱粒装置的第一滚筒大多采用钉齿式滚筒 第二滚筒为纹杆式滚筒 个别的机型上两个滚筒均采用纹杆式滚筒 第一滚筒用钉齿式有利于抓取作物 脱粒能力也强 第二滚筒用纹杆式有利于提高分离率 减少碎茎秆 这种形式适用于收获稻麦 双纹杆式滚筒仅用于收获小麦 三 脱粒速度与间隙 第一滚筒的脱粒速度约比单滚筒脱粒装置减低1 2 1 3 第二滚筒则可低2 3m s 第一滚筒的入口间隙一般与单滚筒的相同或稍大 第二滚筒的入口间隙河减小1 3左右 前后两滚筒的出口间隙则均可比单滚筒脱粒装置用得稍大 四 生产率与间隙 其生产率一般比单滚筒提高30 65 双滚筒的配置设计合理时 1kg s喂入量的功率消耗比单纹秆滚筒式脱粒装置仅增加15 20 五 轴流滚筒脱粒装置 图9 27轴流式脱粒装置 顶盖2 螺旋倒板3 喂入口4 纹杆和钉齿组合滚筒5 排除口6 栅格式凹板 一 轴流式滚筒脱粒装置的类型 按谷物喂入滚筒的方向不同可分为纵向轴流式 即谷物轴向喂入 轴向排出 横向轴流式脱粒装置 以及切流轴流组合式 二 轴流式滚筒脱粒装置的构造及参数选择 1 滚筒滚筒上的脱粒部件一般为纹杆式或杆齿式 板齿式 或纹杆与杆齿组合式 图9 28轴向喂入 轴向排出式轴流滚筒 用于联合收获机 直径762mm 喂入量约6kg s小麦1 分离段叶片2 脱粒段导板3 螺旋线脱粒纹杆4 附加脱粒纹杆5 喂入导板6 喂入螺旋叶片7 分离段凹板 栅格 2 凹板与上盖 凹板的型式有编织筛式 冲孔式和栅格式三种 其中栅格式凹板的脱粒和分离能力最强 虽然茎秆的破碎较重 但仍是较广泛应用的一种 三 脱粒速度与脱粒间隙 由于轴流滚筒式脱粒装置对谷物的脱粒时间较长 滚筒转速和间隙有少许变化对脱粒质量的影响不大 因而对安装间隙和速度调节要求不很严格 这也是它的一个优点 4 生产率和功率耗用 轴流滚筒式脱粒装置的生产率与滚筒尺寸 凹板结构 作物状况和功率配备的情况有密切关系 概括说来 在脱粒机上每米滚筒长度约可负担的喂入量为0 6 0 7kg s 分离面积大 在脱粒机上带有输送装置的可取较大值 在联合收获机上可增大一倍或一倍以上 若以分离面积计 则单位喂入量所需凹板分离面积为0 5 0 7m2 kg s 轴流式滚筒功率耗用受作物物理机械特性影响较大 比传统型更为敏感 喂入作物长度 含水率的影响均较大 采用大直径的轴流式滚筒有减少单位喂入量功率耗用的趋势 在脱小麦和整株玉米时为5 7 7 4kW kg s 脱大豆和玉米穗为2 6 4 8kW kg s 而脱水稻时为8 1 9 2kW kg s 其中用于脱茎叶的功率耗用大致占60 以上 在脱粒全过程中 喂入脱粒段的功率耗用为82 用于分离排草段为18 而在横向轴流式脱粒机上分别为65 与35 六 半喂入式脱粒装置 图9 2工农 400半喂入式脱粒机 前滑板2 凹板筛3 夹持台4 夹持输送链5 防夹带板6 弓齿7 滚筒8 切刀9 排杂副滚筒10 振动筛11 振动滑板12 固定线筛13 谷粒推运器14 风扇 工作原理和主要参数 一 滚筒滚筒喂入端为一段截锥体 锥角一般约500左右 宽50毫米左右 便于谷物轴向喂入 滚筒上设有多种弓齿 常用的型式如图所示 图9 33半喂入脱粒装置的梳整齿1 第一梳整齿2 第三梳整齿3 梳整齿的内齿 二 凹板 凹板有编织筛式和栅格式两种 前者处理断穗能力强 断穗量少 但分离能力较差 谷粒损失会多些 湿脱时易堵塞 后者的性能正相反 干脱时碎草要多些 前者结构简单 常用于脱粒机上 后者在联合收获机上较普遍 三 排杂装置 排杂装置由排杂轮和筛板组成 设在排杂口后方 用以排出脱下的碎草 断穗 并将谷粒分离出来 排杂轮直径为200 250mm 长100 150mm 其上齿高约40mm 并后倾300安装 齿距为30 70mm 齿顶线速度4 5m s 筛板与编织筛凹板相似 四 夹持输送装置 由夹持输送链 夹持台和传动装置等组成 输送链的齿形链片与夹持台上下配合 并在横向左右交错以便将茎秆夹成曲折使其具有抗抽出的能力 图9 37夹持输送器1 弹簧2 夹持台3 夹持输送链 五 功率耗用与生产率 半喂入脱粒装置的功率耗用与滚筒型式 喂入量 谷物湿度等有关 一般脱水稻时单位喂入量功率耗用为2 94kW kg s 脱小麦时由于茎秆光滑 干燥 牵连性小 其单位喂入量功率耗用2 2kW kg s 由于夹持脱粒滚筒所需扭矩变化小 其最大功率为平均值的1 2倍 七脱粒滚筒功率耗用和运转稳定性 滚筒脱粒装置的脱粒是一个很复杂的过程 脱粒中的功率消耗在整机功率消耗中占较大的比重 如在脱粒机上约占70 在联合收获机上占全部工作部件功耗的40 或以上 它运转的稳定与否直接决定了脱粒和分离作业的质量 一 脱粒滚筒的功率耗用 滚筒在工作中的功率消耗在两上方面 第一 滚筒空转功率消耗 亦称为无用功率L1 它包括轴承内摩擦和空气对滚筒旋转的阻力所消耗的功率 第二 脱粒的有效功率L2 它是直接消耗在脱粒工作上的 二 对脱粒滚筒功率耗用影响的若干因素 无论何种型式的脱粒滚筒的功率耗用在达到某一量之前总是随后者呈直线规律上升 但试验表明在超过上述喂入量以后功率耗用会按曲线较快地上升 这是由于谷层厚度与压缩载荷原以弹性变形规律变化 但在超过该值后压缩变形很小 谷层密度大增 因而功率耗用也激增 如图 图9 41喂入速度对凹板分离率 脱不净率的影响 三 脱粒滚筒的运转稳定性 现代化联合收获机的发展方向是在增大生产率的同时提高作业质量 收获的损失主要原因是脱粒不净 谷粒破碎和分离不净 而这些损失与脱粒滚筒和逐稿器的转速波动有密切的关系 为此一般要求脱粒滚筒和逐稿器的转速波动不大于5 7 四 对发动机的要求 1 应具有足够而适当的功率储备 2 发动机或脱粒滚筒应具备足够的转动惯量 3 联合收获机的发动机应用全程式调速器 并应有足够的调速灵敏度 八 滚筒的平衡 由于结构设计 材质不均匀以及零件加工和装配误差等造成重心偏移 滚筒在高速旋转时产生很大的离心力 它使机器振动 轴承容易损坏 因此 对新制或修理后的滚筒必须进行平衡 假如在滚筒圆周上有200g不平衡质量作用着 当r 0 25m 1001 s时 离心力可达500N之巨 图9 42滚筒的平衡 思考题1 谷物有哪五种脱粒方式 小麦和水稻最适合哪一种 2 纹杆滚筒式脱粒装置的工作特点是什么 一 分离机构的功用 类别和构造特点二 逐稿器的分离原理三 逐稿器主要参数对分离效果的影响及其选择 第三节分离机构 一 分离机构的功用 类别和构造特点 只有全喂入式脱粒装置才设有分离装置 其目的就是将经脱粒装置排除的长脱出物中夹带的籽粒及断穗头分离出来 将长茎秆排出机外 由于分离原理不同 分离装置的类型也不同 1 利用抛扬原理进行分离 当分离机构对谷物茎秆层进行抛物体运动时 利用籽粒比重大 茎秆漂浮性能好的特性 将籽粒从松散的茎秆层中分离出来 目前常用的分离装置有 键式逐稿器 平台式逐稿器 分离轮式逐稿器 后两种现在已基本淘汰 双轴键式逐稿器 平台式逐稿器 转轮式分离装置 2 利用离心原理进行分离 脱出物通过高速旋转的分离筒时 依靠比籽粒大许多倍的离心力将籽粒从茎秆层中通过分离筒周边的分离孔径向甩出 二 逐稿器的分离原理 分离过程 键式逐稿器工作时 在曲柄连杆机构的驱动下整个键箱做平面运动 脱出物被抛离键面后在空中做抛物体运动 这时 茎秆层处于松散状态 比茎秆比重较大的谷粒有较多的机会穿过茎秆层的空隙被分离出来 脱出物在抛扔过程中 长茎秆沿筛面向后输送 直至排出机外 一 脱出物抛离键面的基本条件 C E mr 2 假设键面与水平面的夹角为 曲柄半径为r 由于曲柄连杆机构为平行四边形机构运动 键面上任意一点C 的运动为以r为半径的圆 若从曲柄与AE重合位置为曲柄的起始位置 则质量为m的脱出物在C 点的受力简图如上图所示 脱出物抛离键面的基本条件 设脱出物抛离键面的标志是键面对脱出物的支反力N 0 所有的合外力向N向投影 t时刻时有 N r 2msin t mgcos 0 令N 0 则有 r 2sin t gcos r 2sin t gcos sin t 1 r 2 gcos 整理得 r 2 g cos 令r 2 g k k为脱出物抛离键面的特征值 他反映了脱出物做抛物体运动的速度大小 只要k cos 脱出物就能抛起 但抛起的方向不能确定 r 2 g cos 只是定性地确定了脱出物沿筛面抛起的参数量 但没有定量 实际上参数的不同 物体抛起的方向是不同的 问题 如何定量的确定脱出物沿规定方向抛起的结构参数和运动参数 脱出物抛起的规定方向是什么 脱出物在键面上任一曲柄转角时的抛起方向 当 t 时 V 水平面 脱出物不能向后上方抛起 脱出物只能在原地运动 将造成堵塞现象 故 t 是最早抛起的条件 当 t 2时 V 键面 不可能抛起 当 t 2时 V压向键面 更不可能抛起 故 t 2是最晚抛起的条件 V 键面 通过以上分析可得出 向后上方抛起的极限条件是 t 是已知量 为避免不能抛起 脱出物最晚抛起的极限转角 t 2 由此可得出曲柄四连杆机构的曲柄回转角速度作用范围是 t 2 将 t的两个极限转角分别代入脱出物抛起的基本条件公式r 2sin t gcos 可求得两个 值或n值 这就是保证脱出物向后上方抛起的曲柄旋转速度范围 键式逐稿器工作时如果超出这个范围 就无法正常工作 一般情况下双轴键式分离装置的结构参数和运动参数为 r 50mm n 170 220r min 180 k 2 2 2 双轴键式逐稿器的基本工作条件 r 2 g cos t 2 二 高速摄影稿层在键式逐稿器上的运动过程 三 逐稿器主要参数对分离效果的影响及其选择 一 曲轴转速n 半径r 亦即运动特征值k前已述及两个不同n值对键式逐稿器的影响 图9 52表明在各个不同的喂入量q 当n由小到大变化时 总有一个损失为最小的最佳转速 q值增大时这个转速没有多大变化 但在这时n的变化所造成的损失就较大 曲线较陡 要求转速控制得越严 图9 52键式逐稿器曲轴转速与分离损失